Из Главы 1. Базисные физические уравнения 1.1. Предмет наноэлектроники
Термины «наноэлектроника» и «наноэлектронные технологии» используется часто в двояком смысле. С одной стороны, под наноэлектроникой понимают продукт эволюционного развития микроэлектронной транзисторной (главным образом, КМОП) технологии на основе кремния в сторону дальнейшей миниатюризации и увеличения степени интеграции. С другой стороны, часто под наноэлектроникой подразумеваются приборы, основанные на принципах, материалах и конфигурациях, отличных от стандартных КМОП технологий. В данной книге будем иметь в виду, главным образом, первый аспект, понимая под «наноэлектроникой» продукт эволюционного развития «микроэлектроники». Исторически термин «микроэлектроника» привязан к характерным размерам базового элемента – транзистора. Первые транзисторы имели вполне макроскопические размеры порядка 10 микронов.
За почти полвека развития размеры микроэлектронных компонентов уменьшились приблизительно в 200 раз. До самого последнего времени прогресс в области освоения наноразмеров носил чисто эволюционный характер, основанный на идеях технологического скейлинга, т.е. масштабной миниатюризации. Поэтому граница между «субмикронной» и «наноэлектронной» технологией, часто проводимая на размерах ~ 100 нанометров (0.1 мкм), носит несколько условный характер: удобней оперировать нанометрами, а не долями микрона. В указанном аспекте мировая микроэлектронная индустрия уже давно находится в «наноэлектронной» области, – в конце 2007 года Intel анонсировало начало производства схем с технологической нормой (характерным масштабом технологии) 45 нм.
Следует подчеркнуть, что на масштабах десятков нанометров характерные размеры элементов сравниваются с некоторыми физическими размерами (например, длина экранирования, длина пробега электрона, длина волны де Бройля), что предполагает появление новых физических эффектов и некоторых фундаментальных физических ограничений на работу таких приборов. В этом проявляется особенность «наноэлектроники» по сравнению с «микроэлектроникой», описывающейся макроскопическими законами классической физики. Дело в том, что на протяжении почти полувека все развитие традиционной микроэлектроники осуществлялось в эволюционной форме, главным образом, усилиями технологов, схемотехников и материаловедов, практически без участия физиков. Переход к наноразмерной электронике означает переход широкого класса относительно новых физических задач и эффектов из чисто научной в инженерную область.
Что же касается внедрения в индустрию приборов на новых физических принципах или даже на новых материалах, то это представляется делом достаточно отдаленного будущего (не ранее чем через 20-30 лет). Несомненно, что некоторые уже давно известные и недавно открытые материалы (например, графен – моноатомная 2-мерная решетка углерода с уникальными электронными и механическими свойствами) займут значительную нишу в будущей электронике. Тем не менее, полное вытеснение кремния как основного материала электроники представляется столь же маловероятным событием, как вытеснение железа в качестве основного конструкционного материала.
В этой книге речь пойдет о наноразмерных транзисторных структурах, изготовленных на базе кремния.
